АГРОХИМИЯ, 2015, № 5, с. 38-45
Агроэкология
УДК 631.81.033:633.16631.421.1
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДИНАМИКИ ВЫНОСА ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ РАСТЕНИЯМИ ЯЧМЕНЯ В ПОЛЕВОМ ОПЫТЕ
© 2015 г. С.Е. Витковская1, 2
Государственная полярная академия 192007 Санкт-Петербург, ул. Воронежская, д. 79, Россия
2Агрофизический научно-исследовательский институт 195220 Санкт-Петербург, Гражданский просп., 14, Россия E-mail: s.vitkovskaya@mail.ru
Поступила в редакцию 30.01.2015 г.
Показано, что вынос К, N, P и Ca растениями ячменя возрастал в течение вегетации и существенно зависел от применения минеральных и органических удобрений. Установлено, что динамика выноса хорошо аппроксимируется логистической моделью. Дана количественная оценка влияния применения удобрений на максимальный вынос (W2) и максимальные скорости выноса (Wmax) элементов питания. Использование линейной модели позволило установить влияние изученных факторов на средние за весь период наблюдения скорости выноса (b) макроэлементов. Выявлено, что при внесении органических и минеральных удобрений максимальное увеличение b (г/сут) для К, N, P и Ca составило 4.5, 2.3, 2.9 и 2.8 раза соответственно по отношению к контрольному варианту парцеллы 1.
Ключевые слова: динамика выноса, питательные вещества, ячмень, полевой опыт.
ВВЕДЕНИЕ
Результаты исследований отечественных и зарубежных ученых за последние десятилетия широко и детально характеризуют влияние различных факторов на урожай и качество сельскохозяйственных культур. Однако работ, посвященных выявлению закономерностей влияния внешних условий и генетических особенностей растений на динамику роста растений, изменения их элементного состава и выноса химических элементов с урожаем, крайне мало.
Динамика выноса макро- и микроэлементов урожаем растений является интегральной характеристикой изменения элементного состава системы почва-растение в процессе функционирования агрофитоценоза, определяющей скорости изменения содержания макроэлементов в пахотных почвах, самоочищения почв от примесных элементов (тяжелых металлов), баланс элементов минерального питания в почве.
Вынос химических элементов из почвы растениями зависит от интенсивности их поступления в растения и скорости нарастания биомассы. Известно, что этот показатель варьируется в широких пределах в зависимости от видовых, сортовых особенностей сельскохозяйственных культур и условий выращивания.
Хорошо изучено варьирование элементного состава золы всего растения и его органов в зависимости от видовых особенностей [1, 2]. Установленные различия количественно характеризуют влияние генетически обусловленных особенностей растений на накопление, следовательно, и на вынос химических элементов урожаем. Например, если ориентировочный вынос основной продукцией с учетом побочной К, Р2О5 и К2О в Нечерноземной зоне для зерновых культур составляет 25-33, 12-14 и 22-29 кг/т соответственно, то для корнеплодов сахарной свеклы - 6, 2 и 8 кг/т, для конопли (волокно) - 200, 62 и 100 кг/т [3]. Разработаны нормативные показатели выноса питательных веществ сельскохозяйственными культурами для различных почвенно-климатических условий [4].
Анализ литературных данных, представленный в работе [5], выявил значительную вариабельность нормативного выноса макроэлементов урожаем. Например, вынос азота яровой пшеницей на дерново-подзолистых почвах может изменяться от 23 до 38 кг/т зерна с соответствующим количеством соломы, фосфора - 9.5-12.0 и калия -16.5-26.0 кг/т.
Накопление растениями химических элементов, помимо видовых и сортовых особенностей
растений, зависит от фазы их развития (интенсивность поглощения химических элементов корневой системой неодинакова в течение жизни растительного организма), буферной способности почв, свойств химических элементов и форм их нахождения в почве.
Скорость нарастания биомассы растений существенно зависит от содержания питательных элементов в почве [6]. Внесение удобрений влияет на продуктивность сельскохозяйственных культур, увеличивая как биомассу, так и вынос химических элементов урожаем. По данным [7], при внесении удобрений вынос питательных веществ за ротацию зернопропашного севооборота на серой лесной почве повысился с 17 до 25 ГДж/га, а поступившая биоэнергия - с 8.8 до 41.1 ГДж/га. Существенное увеличение выноса элементов питания растениями овса и зернового сорго при внесении минеральных удобрений установлено на черноземе южном и орошаемой каштановой почве [8].
Применение высоких доз минеральных удобрений далеко не всегда гарантирует обеспечение положительного баланса питательных элементов в почве. Например, выявлено [9], что, несмотря на внесение высоких доз минеральных удобрений на сероземах под запрограммированные уровни урожайности хлопчатника, кукурузы, зерновых колосовых культур, наблюдали отрицательный баланс, особенно в отношении азота и калия. Известно [1], что прямой зависимости между величиной урожая и выносом основных элементов питания часто не наблюдается вследствие снижения затрат питательных веществ на формирование единицы продукции.
В работе [10] показано, что существенное влияние на динамику накопления элементов питания растениями может оказывать способ внесения удобрений (локально или вразброс). Известно [2], что изменяя схему внесения удобрений, можно управлять ростом корневой системы, а, следовательно - продукционным процессом.
Динамика нарастания биомассы растений в процессе вегетации хорошо аппроксимируется логистической функцией (кривая Сакса, или кривая большого роста) [6]. Ранее в серии лабораторных опытов с растениями ячменя сорта Суздалец нами было установлено, что логистическому закону подчиняется рост растений и на отдельно взятом отрезке вегетации - прорастание семян, высота надземной части и длина корней проростков, биомасса проростков) [11]. Содержание химических элементов в растениях в течение вегетации снижается, и для описания этого процесса также может
быть применена логистическая функция, зеркальная по отношению функции, описывающей процесс нарастания биомассы [12]. Скорость синтеза растениями органического вещества значительно превышает скорость поглощения ими элементов минерального питания: масса зольных элементов в растительном организме несоизмеримо мала по сравнению с массой синтезированного органического вещества. По этой причине снижение концентраций химических элементов в надземной части растений - процесс закономерный.
Итак, вынос химических элементов растениями - важнейший показатель продуктивности угодья, качества урожая и изменения элементного состава пахотных почв. Он зависит от множества факторов, определяющих поступление элементов в растения и нарастание биомассы в течение вегетации. Выявление общих для всех сельскохозяйственных культур закономерностей динамики выноса химических элементов урожаем необходимо для разработки новых методологических подходов прогнозирования баланса питательных элементов в пахотных почвах и содержания примесных элементов в почве в системе агроэкологи-ческого мониторинга [13]. Некоторые авторы отметили [14], что контроль динамики потребления элементов питания растениями по фазам роста и развития очень важен для получения программированных урожаев.
Цель работы - в условиях полевого опыта изучить влияние различных доз органических и минеральных удобрений на параметры логистической и линейной моделей, характеризующих динамику выноса макроэлементов растениями ячменя.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Влияние различных доз органических и минеральных удобрений на динамику выноса макроэлементов растениями ячменя (Hordeum vulgare) сорта Ленинградский изучали в 2012 г. в условиях стационарного полевого эксперимента. Опыт был заложен в 2006 г. в Меньковском филиале Агрофизического института на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве и состоит из 3-х парцелл (площадью 0.5 га каждая), различающихся дозами внесенных органических удобрений (бесподстилочный навоз КРС). Формирование парцелл (внесение органических удобрений) проводили в период 2003-2009 гг.: 1 - органические удобрения не вносили; 2 - за 7 лет внесено органических удобрений 240 т/га, извести 1 т/га; 3 - за 7 лет внесено органических удобрений 680 т/га, извес-
ти 3 т/га. Парцеллы разбиты на 3 повторно сти, каждая из которых включает 3 делянки, различавшиеся дозами ежегодно внесенных минеральных удобрений. Длина делянки - 43 м, ширина - 5.5 м. В 2012 г. минеральные удобрения были внесены по следующей схеме, варианты: 1 - контроль без удобрений, 2 - N70P30K70, 3 - N90P30K90.
До внесения минеральных удобрений (май 2012 г.) почва опыта характеризовалась следующими агрохимическими параметрами: парцелла 1 - рНкс1 5.1±0.1, K2O - 61±11 мг/кг, Р2О5 - 197±30 мг/кг, N-NH4 - 2.7±0.5 мг/кг, N-NO3 -7±1 мг/кг, Ca - 3.8±0.1 % ммоль/100 г, органическое вещество - 3.3±0.2%; парцелла 2 - pHKC1 5.8±0.3, K2O - 124±22 мг/кг, Р2О5 - 324±45 мг/кг, N-NH4 - 8±2 мг/кг, N-NO3 - 10±4 мг/кг, Ca -5.0±0.3 % ммоль/100 г, органическое вещество - 4.5±0.3%; парцелла 3 - pHKC1 6.3±0.1, K2O -181±31 мг/кг, Р2О5 - 485±72 мг/кг, N-NH4 -14±4 мг/кг, N-NO3 - 20±12 мг/кг, Ca - 6.0±0.6 1/2 ммоль/100 г, органическое вещество - 5.4±0.2%. Представлены средние величины агрохимических параметров в пределах парцелл, поскольку до внесения минеральных удобрений в вариантах не наблюдали существенных различий.
Отбор растительных проб проводили на каждой из парцелл (2-я повторность, 3 варианта). Для отбора проб на каждой делянке был выделен участок площадью 4 м2. Растительные пробы отбирали в динамике (7 отборов за вегетацию): через 27, 33, 39, 46, 55, 62 и 81 сут после посева. К последнему отбору растения ячменя достигли молочной спелости. Количество растений в индивидуальной растительной пробе по мере нарастания массы изменялось от 100 до 15 шт. При оценке скорости выноса макроэлементов количество растений было приведено к единой величине (30 шт.).
В почвенных образцах определяли: рНка - по-тенциометрическим методом, содержание обменного Са2+ - согласно [15], содержание подвижных соединений фосфора и калия в почве устанавливали по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО, содер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.